巴比妥酸酰腙衍生物的合成及其α-淀粉酶抑制活性：分子对接与DFT分析的抗糖尿病潜力研究

本研究针对现有α-淀粉酶抑制剂（如阿卡波糖）存在胃肠道副作用的问题，设计合成了一系列新型巴比妥酸酰腙衍生物（4a-f）。通过核磁共振和质谱表征结构后，发现所有化合物均表现出优于阿卡波糖（IC50=5.45±0.29 μM）的α-淀粉酶抑制活性（IC50 2.46-4.19 μM），其中含2,4-二羟基的4e活性最强。分子对接和MEP分析揭示了氢键和疏水相互作用的关键作用，为开发新型抗糖尿病药物提供了结构优化方向。

　　

糖尿病是全球范围内威胁人类健康的重大代谢性疾病，其中II型糖尿病与餐后血糖水平密切相关。α-淀粉酶作为碳水化合物消化的关键酶，其抑制剂能够延缓葡萄糖吸收，成为控制血糖的重要靶点。然而，临床常用的阿卡波糖等药物常伴随腹胀、腹痛等不良反应，促使科学家不断寻找更安全有效的新型抑制剂。巴比妥酸衍生物因其多样的生物活性备受关注，而Schiff碱类化合物则以其灵活的分子设计和丰富的相互作用位点展现出巨大潜力。正是在这样的背景下，来自巴基斯坦Abdul Wali Khan大学的Khair Zaman团队在《Results in Chemistry》发表了这项融合合成化学与计算生物学的研究成果。

研究团队采用四步反应策略，首先通过4-羟基苯甲醛与氯乙酸乙酯缩合，再与巴比妥酸缩合形成关键中间体，最后与不同芳香醛反应得到目标酰腙衍生物（4a-f）。关键技术包括核磁共振（¹H/¹³C NMR）结构确认、体外α-淀粉酶抑制活性测定（DNS法）、密度泛函理论（DFT）计算（BP86-D3MBJ/D95基组）以及分子对接（Glide模块，PDB:3BAJ）。

2.1 化学合成与表征

通过核磁共振分析确认了所有衍生物的结构特征：巴比妥酸环的-NH质子信号出现在δ 9.23-9.21 ppm，腙键特征峰（-CO-NH-N=）位于δ 8.64 ppm，而亚胺质子（-N=CH-Ar）在δ 8.34-8.24 ppm处呈现关键单峰。¹³C NMR中羰基碳（δ 150-169 ppm）和亚甲基碳（δ 67 ppm）进一步验证了结构。

2.2 α-淀粉酶抑制活性

活性测试显示所有化合物均显著优于阿卡波糖，其中4e（2,4-二羟基取代）活性最强（IC₅₀=2.46±0.28 μM），较标准药物提高2.2倍。电子效应分析表明，吸电子基团（如4a的硝基）和供电子羟基（4e）均能增强抑制活性，而疏水性基团（如4f的二甲基）则效果较弱。

2.3 化学反应性分析

DFT计算揭示活性与电子性质密切相关：活性最佳的4e具有中等能隙（1.627 eV）和高亲电性（ω=11.895），其HOMO轨道定域在苯环和羟基氧原子上，利于亲核相互作用；LUMO则广泛分布于羰基和氮原子区域，增强电子接受能力。

2.4 分子静电势研究

MEP图谱显示，羟基和硝基衍生物（4e、4a）在氧原子周围形成显著负电势区（红色），可与酶活性中心的His201、Glu233等残基形成氢键，而氯代物（4d）则通过卤键作用增强结合。

2.5 分子对接验证

对接结果表明，4a（ΔG=-7.650 kcal/mol）通过硝基与Gly164形成H-π作用，而4e的羟基与His201、Glu233产生强氢键网络（E_Int=-12.131 kcal/mol），与实验活性高度吻合。

这项研究通过系统的结构-活性关系分析，证实2,4-二羟基取代的巴比妥酸酰腙衍生物（4e）是具有开发前景的α-淀粉酶抑制剂候选分子。其创新性在于将传统药物化学合成与前沿计算技术相结合，不仅提供了活性优异的先导化合物，更通过电子结构分析和分子相互作用解析，为后续抗糖尿病药物的理性设计奠定了理论基础。特别值得注意的是，所有衍生物均展现出优于临床标准药物的活性，且结构修饰空间广阔，具有重要的转化医学价值。